不含亚硝胺的硅氧烷制品的制备 本发明涉及不含亚硝胺的硅氧烷制品的制备。更具体而言，本发明涉及用填料处理的方法制备不含亚硝胺的硅氧烷制品。
已经有了若干关于描述在各种橡胶制品中存在挥发性N-亚硝胺的报导公诸于世。现在关于对婴儿奶瓶橡胶嘴中存在挥发性N-亚硝胺及这些化合物可能进入婴儿配方的关心，是受到如下报告的启迪：Preussmann等人，(1981)Am.Chem.Soe.Symp.Ser.174，AmericanChemical Society，Washington，DC，P.217。
为评估婴儿奶瓶橡胶嘴中含有挥发性N-亚硝胺的方法已被描述。在研究由一个制造商出品的橡胶奶嘴中，用热能分析器由气相色谱法测定了N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二乙胺和亚硝基哌啶，并由质谱法确认它们的存在，各亚硝胺的平均含量范围为22-281ppb。当将这种奶嘴与牛奶或婴儿食品放在灭菌器里一起消毒时，这三种亚硝胺就向牛奶或食品中迁移。消毒后，将奶嘴倒置在奶瓶中在室温下贮存两小时，或放于冰箱内过夜，会使迁移到牛奶中的亚硝胺含量平均增加8～13％，在单个奶嘴重复消毒后从橡胶奶嘴移向牛奶的亚硝胺的数量稳定下降，但在七次消毒后，牛奶中的亚硝胺仍可被容易地检出，消毒后，橡胶奶嘴中亚硝胺的含量较高，表明在奶嘴中存在着亚硝胺的前体，在原始未固化橡胶中未发现亚硝胺。在硫化过程中所加的化学加速剂和稳定剂是橡胶奶嘴中胺前体的来源。
1984年1月1号美国食品和药品管理局(以下称为“FDA”)确定在橡胶奶嘴中总N-亚硝胺的允许水平为60ppb。该允许水平在1985年1月1号被降为10ppb。
为了测定婴儿橡胶奶嘴中的挥发性N亚硝胺，针对FDA二氯甲烷萃取法进行了一项协作研究。在二氯甲烷萃取以后由气相色谱—热能分析法测定N-亚硝胺。由11个协作实验室对代表6个组别地6对一式两份橡胶奶嘴盲样作了分析。所有样品是得自美国的制造厂商出品的橡胶奶嘴的平衡混合料。在约20ppb内标(N-亚硝基二丙胺)时，回收率为10-120％。重复性的相对标准偏差(RSD)对于10～20ppbN亚硝胺的水平为35-45％。然而当排除从各实验室回收率小于75％的数据(现在由此法规定)时，对于6-26ppb N-亚硝胺的水平时，RSD的值为11-32％。这些值符合于或优于在低ppb含量时定量微量污染物的其它分析技术的报告值，(例如食物中的黄曲霉素)，在婴儿橡胶奶嘴中挥发性N亚硝胺的定量中，该方法已被官方第一次接受，见GasChromatographic-Thermal Energy Analysis Method forDetermination of Volatile N-Nitrosamines in Baby BottleRubber Nipples：Collaborative Study，由Gray & Stachiw，J.Assoc.Off.Anal.Chem.(1987)70，March Issue。
尽管橡胶工业中的研究已经致力于降低或消除亚硝胺，但是没有一种研究包括硅橡胶材料。与合成橡胶化合物相反，硅橡胶弹性体组合物通常是由含乙烯基的聚二有机硅氧烷、有机氢化硅氧烷交联体和铂催化剂制备的。这类组合物有多种理由是合乎理想的。例如它们硫化时不产生副产品。它们能在室温下或在升高温度下固化。它们能通过利用铂催化剂抑止剂在室温下稳定地贮存。另外，它们也能由高粘度和低粘度的聚合物所制造。这些组合物可利用粘度足够低的，容易泵送或可挤出的以及固化快的组分。这些组合物也可提供以高强度和高硬度为特征的经固化的硅氧烷弹性体。
分子间相互作用特别弱的交联硅氧烷聚合物的抗拉强度较低。只有添加增强填料以后，才能获得高强度的硅氧烷聚合物。尤为合适的填料是BET表面积为150-400m2/g的雾化二氧化硅，它能使抗拉强度增加约20倍达10-12MPa。同时，由于雾化二氧化硅具有强烈的增稠效应，使粘度大大增加。这种效应是初级二氧化硅粒子形成团块引起的。这些团块由通过氢键建立一种三维网络(三元结构)，因而雾化二氧化硅的本体密度仅为约50g/l。为了产生100份聚合物中含40份二氧化硅的混合物，因此每1份体积聚合物需要添加8份体积的填料。这些比例清楚表明使用处理剂以尽可能减少填料团块间相互作用的必要性。最有效而最常用的处理剂为六甲基二硅氮烷(以下称为“HMDZ”)。用HMDZ处理过的填料的增稠效应大为减小，因而特别适用于液体硅橡胶中。
因为硅氧烷弹性体是完全不同的聚合物，这些硅氧烷变成是替代合成橡胶化合物的首选候选物。对固化的硅氧烷弹性体的分析表明不存在亚硝胺。然而，令申请人吃惊的是，经过按FDA要求的后烘烤，检测出了亚硝胺的存在。对于这些作为FDA调整市场的硅氧烷，必须找出去除亚硝胺的方法。
本发明提供一种制备不含亚硝胺的硅氧烷制品的方法，包括：混合下列组分：(A)含乙烯基的有机聚硅氧烷；(B)氢化硅硅氧烷；(C)填料(D)一种催化量铂族金属化合物或一种过氧化物和(E)有效量的酸，将混合物固化，以及将其后烘烤。
导致本发明的重要特征是基于下列发现，即若聚合物和填料混合物用有效量的酸处理，则得到的制品是基本上不含亚硝胺的。
组分(A)，含乙烯基有机聚硅氧烷，通常在25℃具有的粘度为5000-1000,000厘泊。优选的含乙烯基有机聚硅氧烷是乙烯基断链聚合物，通式为MviDxMvi，乙烯基链上共聚合物，例如MDvixDyM，乙烯基断链、烯基链上共聚合物，例如MviDxDviyMvi，乙烯基和三甲基甲硅烷基断链共聚合物，例如MDxMvi，或它们的混合物，其中Vi代表乙烯基，M代表三甲基甲硅烷基，Mvi代表二甲基乙烯基甲硅烷氧基，D代表二甲基甲硅烷氧基。这些聚合物公开于授予Jeram等人的美国专利5082886，4340709，3884866，授予Sumpter等人的美国专利5331075，授予Lee等人的USP 4162234，授予Tolentino的USP4382057和授予Sweet的USP4427801，在此引入作为参考。
组分(B)，用于本发明的氢化硅硅氧烷或氢化硅硅氧烷流体可具有约0.04-约1.4％(重)与硅相连的化学结合氢。氢化硅硅氧烷的一种形式是具有下式的“偶合剂”，
其中R1选自1-13碳一价不含不饱和烯基的烃基，n是具有足以在25℃时给“偶合剂”提供1-500厘泊粘度的值的整数。也具有以在氢化硅硅氧烷流体中的化学结合甲硅烷氧基单元总摩尔数为基准，约3-9摩尔％的断链二有机氢化甲硅烷氧基单元。
除式(1)的氢化硅偶合剂外，在本发明热可固化有机聚硅氧烷组合物中所用的氢化硅硅氧烷流体，也可包括基本由与SiO2单元化学结合的下列化学结合单元组成的氢化硅树脂其中R2+H与Si的比例可为1.0-2.7。氢化硅树脂也可具有与SiO2单元和(R4)2SiO单元相结合的下式单元其中R3+R4+H与Si之比可为1.2-2.7，其中R2、R3和R4是选自R1基团的1-13碳一价不含不饱和烯基的烃基。
所述氢化硅硅氧烷流体也可包括含下式的直链含氢聚硅氧烷，其中R5是选自R1基团的1-13碳不含不饱和烯基的烃基，p和q是足以在25℃时给聚合物提供1-1000厘泊粘度的整数。
在通式(1)和(2)和上述化学结合单元中，R1、R2、R3、R4和R5可相同或不同，为选自下列的基团：1-8碳烷基，如甲基、乙基、丙基等；环烷基，如环己基、环庚基等；芳基，如苯基、甲苯基、二甲苯基等；及卤代烷基，如3，3，3-三氟丙基。
组分(C)，该填料是先有技术已知的任何增强或增量填料。为了获得高抗拉强度，例如，可加入一种增强填料。可予应用的许多增强填料的例子有二氧化钛、锌钡白、氧化锌、硅酸锆、氧化硅气溶胶、氧化铁、硅藻土、碳酸钙、雾化氧化硅、经氮硅烷处理的氧化硅、沉淀氧化硅、玻璃纤维、氧化镁、氧化铬、氧化锆、氧化铝、α石英、煅烧粘土、石棉、碳粉、石墨、软木、棉花、合成纤维等。
优选的填料是已经处理的雾化氧化硅或沉淀氧化硅。处理的方法可按下列专利的教导进行：USP 4529774(Evans等人)，USP3635743(Smith)，USP 3847848(Beers)，它们在此引入作为参考。另外更优选的填料是经就地处理的那种，就地处理即将未处理的填料和处理剂分别加入硅氧烷弹性体组合物中，随填料混合物进入弹性体中同时发生的处理过程。这种就地处理过程由Evans在USP4529774中提出的，在此引入作为参考。
另外，这些填料可被下列专利的乙烯基处理的氧化硅填料所替代：Lee等人的USP 4162243和Sweet的USP 4427801，在此引入作为参考。
组分(D)，该催化剂是能促进氢化硅与乙烯基不饱和聚有机硅氧烷之间的氢硅化(hydrosilation)反应的。典型的组分(D)是一种贵金属，通常是铂。这类催化剂在本领域是熟知的。优选的催化剂见于授予Lamoreaux的USP 3917432、3197433和3220972，授予Karstedt的USP 3715334和3814730和授予Ashby等人的USP 4288345，它们在此引入作为参考。
另外，该催化剂可为一种过氧化物或包括一种低温过氧化物与一种高温过氧化物的过氧化物组合。
由于含组分A、B和C与组分D的催化剂在室温下混合时，可立即开始固化，所以若想要在模塑之前将组合物贮存，则用合适的抑制剂，抑制室温下的催化作用是需要的。虽然可用铂催化抑制剂阻滞铂在室温下的催化活性，但是它允许铂在升高温度下催化组分A、B和C之间的反应。
一种合适的铂催化抑制剂描述于授予KooKootsedes等人的USP3445420，该文在此引入作为参考，其中描述了一些炔属抑制剂及其应用。一种优选的炔属抑制剂是炔醇类，尤其是2-甲基-3-丁炔-2-醇。
第二类铂催化抑制剂描述于授予Lee等人的USP3989667，其中描述了某些烯属硅氧烷类、其制备及其作为铂催化抑制剂的应用，此文在此引入作为参考。
第三类铂催化抑制剂是每个分子中含3-6个甲基乙烯基硅氧烷单元的聚甲基乙烯基环硅氧烷。
铂催化抑制剂的最佳浓度是能在环境温度下提供所需的贮存稳定性，而不致过分延长在升高温度下固化该组合物所需的时间间隔。其用量可在大范围内变化，并将取决于所用的具体抑制剂、含铂催化剂的性质和浓度，以及有机氢化硅氧烷的性质。
组分(A)和(C)的混合物用组分(E)，一种有效量的酸处理。本发明中所用酸可以是任何可与硅氧烷相容的酸，如甲酸、乙酸、磷酸、HCl、HBr、HI、硫酸等。酸被加入聚合物/填料混合物，此混合物在约50°至约100℃蒸煮0.5-2.0小时，优选在约55°-约90℃0.5-1.5小时，更优选在约60°-约85℃蒸煮1小时。然后汽提得到的混合物，直至体系基本上无挥发性。
本发明的组合物可用于液体注模过程，在此过程中，组合物在低压下，如在600KPa钢瓶压力下被注入轻量模子中。这类组合物可在热模子内快速固化，不用冷却模具即可将其移出。所用模制、挤出或固化过程的类型不很严格，可包括本领域中的公知技术。本发明组合物的一个优点是其可挤出性，这就使之适用于低压下的液体注模等模制过程。制得的组合物具有如下粘度，即在620KPa压力下经3.175mm孔每分种至少可挤出45克，优选的粘度是每分钟至少可挤出50克。
此类硅氧烷弹性体组合物由于其流体性能，可容易用常规混合设备制备。如果组合物被立即使用则混合次序不重要。然而，最好先混合(A)和(C)，用酸处理，再加入(D)和(B)。这种方式可使少量(D)在开始固化前均匀分散于(A)和(C)中。用此技术可制出合适的双包装组合物。例如，可以如下方法制成方便的双包装组合物：将部分经酸处理的(A)和(C)的混合物与所有(D)在一个包装内混合，将其余经酸处理的(A)和(C)与所有(B)在另一包装内混合，这样将等量的包装1和包装2相混就可产生本发明的组合物。单包装组合物可由混合(A)、(B)、(C)、(D)、(E)和铂催化抑制剂而制得。这些含抑制剂的组合物可以贮存较长时间而不固化，但当其加热到70℃时仍能固化，优选加热到100℃以上以缩短固化时间。
在演示本发明的各种特征，提供下列实施例。它们用于说明目的，不想以任何方式限制本发明的范围。实例1试样制备
按本发明的教导用表I配方制备硅氧烷LIM基化合物。
表I 64.5份 40000cps乙烯基断链聚二甲基硅氧烷聚合物 25 份 325m2/g八甲基环四硅氧烷处理的雾化氧化硅或300m2
/g二甲基二氯硅烷处理的雾化氧化硅 1 份 乙烯基三乙氧基硅氧烷 6 份 六甲基二硅氮烷 3 份 水 3 份 酸溶液 4 份 500cps乙烯基断链的聚二甲基甲基乙烯基共聚物 4 份 500cps三甲基甲硅烷基和二甲基乙烯基断链的聚二
甲基硅氧烷聚合物 2.5 份 MQ树脂
在冷却的混合器中将40000cps乙烯基断链聚合物、3份水和六甲基二硅氮烷一起混合。将325m2/g D4或300m2/g二甲基二氯硅烷处理的填料缓慢加入并混合，直至完全掺混。在所有填料掺混后，加入乙烯基三乙氧基硅烷，并充分混合。将混合器密封，再在70-80℃加热1小时。加入酸溶液，再将混合物在60-88℃蒸煮1小时。在140℃下将批料进行完全真空下汽提，除去所有填料处理反应的副产物。然后冷却到80℃。再加入两种500cps的含乙烯基的共聚物并混匀。再加2.5份MQ树脂释放剂。抽真空对批料脱气。
组分A由加足量Karstedt铂有机硅氧烷配合物而制备，得到20-40ppm铂。组分B由加约330ppm氢化物交联剂(MHDxDyHMH)的H和约0.4份甲基丁炔醇，混合直至均匀分散而制得。LIM组合物是由100份组分A与100份组分B，在静态混合机内无空气引入下混合制得。该A/B混合物然后在375℃下被模制20秒钟，制成3″×5″×0.070″尺寸的板。实例2
将实例1制成的板在空气循环炉中在约400°进行后烘烤1小时，再冷却到室温。此样品被称为PBO。第2块板上包上铝箔，再在同样条件下后烘烤。此样品被称为PBS。结果如下： PBO 在400°F1小时 ppb DMNA* PBS板2# 在400°F1小时 ppb DMNA* 3份 H2O(对照) 3份 H2O(延长蒸煮) 3份 1N HCl 3份 0.5N HCl 3份 0.25N HCl 3份 0.10N HCl 3份 1N CH3COOH4.02.7＜1＜1＜1＜1＜1 42.8 9.7 ＜1 2.2 2.3 2.2 7.5*DMNA：二甲基亚硝胺
结果清楚表明，在延长蒸煮循环中蒸煮时标准的3份水降低了DMNN的水平，但不能完全消除之。用1N HCl可完全消除DMNA，而用0.5N、0.25N和0.1N HCl当进行敞口后烘烤时也能消除DMNA，但密闭的实验结果表明，部件固化基本不含DMNA。1N CH3COOH当敞口后烘烤时也可消除DMNA，但密闭进行后烘烤产生一些亚硝胺。实例3
如上述实例使用相同的材料，只是使用300m2/g二甲基二氯硅烷处理的雾化氧化硅，并如所示地加入酸溶液。与实例2中进行原地填料处理相反，本例中填料不是HMDZ原地处理的。样品400°F下在空气中后烘烤1小时。 PBO 约400°F1小时 ppb DMNA PBS约400°F1小时ppb DMNA3份水无附加的填料处理3份水填料和HMDZ处理填料+HMDZ+0.1N HCl填料+HMDZ+1N HCl ＜1.0 1.2 1.7 ＜1 2.0 13.1 11.0 ＜1
结果清楚表明，3份水不加附加的填料处理可基本上消除DMNA。3份水及填料和HMDZ处理，当进行开放性后烘烤，可将DMNA降至1.2ppb，当进行密闭性后烘烤则产生13.1ppb的DMNA。用IN HCl完全消除DMNA，而用0.1NHCl及进行开放性后烘烤可减少DMNA。密闭的结果产生11.0ppb，说明这种情况下仍然产生一些DMNA。